Tècniques de preconcentració combinades amb l'espectroforesi capil·lar per a la determinació d'antibiòtics

Abstract

La Tesi Doctoral amb el títol "Tècniques de preconcentració combinades amb l'electroforesi capil·lar per a la determinació d'antibiòtics beta-lactàmics" s'ha basat en el desenvolupament de diferents estratègies per a millorar la sensibilitat de l'electroforesi capil·lar. Aquestes estratègies s'han aplicat a la determinació d'antibiòtics beta-lactàmics en diferents matrius.<br/><br/>Els antibiòtics beta;-lactàmics són uns fàrmacs àmpliament utilitzats tant en humans com en animals amb finalitats terapèutiques i profilàctiques. A més, en veterinària també s'empren com a promotors del creixement. Degut al seu extens ús i a que sovint no són completament metabolitzats per l'individu tractat amb aquests fàrmacs, ha sorgit la problemàtica de la seva presència en el medi ambient i en productes alimentaris de consum humà a baixos nivells de concentració. Això ha provocat l'aparició de resistències a aquest tipus d'antibiòtics fet que va lligat a la pèrdua d'eficàcia bacteriana. Així doncs, és important el desenvolupament de mètodes analítics per tal de controlar la presència d'aquests compostos a baixos nivells de concentració.<br/><br/>L'electroforesi capil·lar (CE) és una interessant estratègia per a la determinació d'aquests antibiòtics degut al seu elevat poder de separació, bona resolució i gran eficàcia. A més, els volums de reactius, solvents orgànics i mostra que habitualment s'empren són molt baixos i això es tradueix en un baix cost econòmic i un mínim impacte mediambiental. Tot i això, l'CE presenta una limitació important que és la limitada de sensibilitat en la determinació d'analits a baixos nivells de concentració. Amb l'objectiu de millorar la sensibilitat de la tècnica, en la present Tesi Doctoral s'han estudiat diferents estratègies per tal de preconcentrar els analits i així incrementar la seva concentració prèviament a la separació electroforètica.<br/><br/>D'entre les diferents opcions per a preconcentrar els analits es destaquen les tècniques electroforètiques, basades en la variació de la mobilitat dels analits en diferents medis, i les tècniques cromatogràfiques que consisteixen, fonamentalment, en la retenció dels analits en un sorbent d'extracció en fase sòlida (SPE) i la posterior elució en un volum de solvent més petit que el de la mostra. <br/><br/>En la present Tesi Doctoral s'han aplicat els dos tipus de tècniques en diferents modalitats. Pel que fa a l'aplicació de les tècniques electroforètiques, les diferents opcions estudiades es van establir en funció del mode de separació electroforètica emprat i en el cas de les tècniques cromatogràfiques el paràmetre que es va tenir en compte, va ser el tipus d'acoblament entre l'SPE i l'CE. Finalment, per tal de millorar encara més la sensibilitat de l'CE es va emprar la combinació d'una tècnica electroforètica i una cromatogràfica.<br/><br/>Així doncs, s'han avaluat diferents tècniques electroforètiques de preconcentració en la determinació d'antibiòtics beta-lactàmics per electroforesi capil·lar per zones (CZE), cromatografia de microemulsió electrocinètica (MEEKC) i cromatografia micel·lar electrocinètica (MEKC). Tots els sistemes emprats s'han basat en la introducció d'un gran volum de mostra i la posterior eliminació de la matriu de la mostra de forma que en tots els casos s'han millorat els límits de detecció obtinguts.<br/><br/>Pel que fa a les tècniques de preconcentració cromatogràfiques, les diferents combinacions entre l'SPE i el sistema electroforètic que s'han utilitzat són: l'off-line, l'in-line i l'on-line. En tots els casos s'ha aconseguit una important millora de la sensibilitat dels mètodes d'anàlisi ja que els límits de detecció obtinguts emprant l'etapa d'SPE són considerablement més baixos. A diferència de les tècniques electroforètiques, en aquest cas, la preconcentració sovint implica una neteja de la matriu de la mostra de forma que ha estat possible l'aplicació dels mètodes desenvolupats a mostres reals tal com aigües de riu o residuals d'hospital i fins i tot matrius biològiques com plasma de vaca.

The thesis entitled "Combination of preconcentration techniques with capillary electrophoresis for determining beta-lactam antibiotics" has been focused in the development of several strategies for improving sensitivity in capillary electrophoresis. These strategies have been applied for determining beta-lactam antibiotics in different matrices. <br/><br/>beta-Lactam antibiotics are a family of drug compounds widely used in human and veterinary medicine with therapeutic and prophylactic aims. Moreover, in veterinary medicine they have been used as growth promotors. However, abusive and inappropriate use of antibiotics has led to unexpected problems. On the one hand, they are thought to be responsible for the appearance of bacterial strains that are resistant to antibiotics. As a result, antibiotics can not treat infections efficiently. On the second hand, the presence of antibiotics in the food chain can lead to allergic reactions in certain patients. Therefore, it is important to control their presence in different samples.<br/><br/>Capillary electrophoresis (CE) is a good strategy for the determination of these antibiotics due to its high efficiency, resolution and separation power. Moreover, the amount of reagents, organic solvents and sample needed are really small which makes this technique in a cheap and green one. However, CE presents an important drawback, it lacks sensitivity when low concentration levels are needed. To solve this, in the thesis, several strategies have been studied in order to preconcentrate the analytes and then increase their concentration prior to the electrophoretic separation.<br/><br/>Among the different options for preconcentrating analytes it is important to emphasize the electrophoretic-based and the chromatographic-based techniques. The first ones are based on the principle of focusing the analytes according to their different velocities in two separate zones inside the capillary. Of the chromatographic techniques, solid-phase extraction (SPE) is the most important and allows a large sample volume with low concentration to be converted into a low sample volume with higher concentration.<br/><br/>Both, electrophoretic and chromatographic-based techniques have been applied in this thesis for improving sensitivity. Regarding to the application of the firsts ones, different separation modes were studied. When the chromatographic preconcentration was used, the studies differ in how they combine SPE and CE. <br/><br/>In this way different preconcentration techniques have been evaluated by capillary zone electrophoresis (CZE) and micellar and microemulsion electrokinetic chromatography (MEKC, MEEKC). In all the cases, a large sample volume has been introduced into the capillary and then, the sample matrix has been removed in a way that the detection limits decreased.<br/><br/>As far as chromatographic preconcentration is concerned, the combinations studied between SPE and CE were: off-line, in-line and on-line. Unlike when the electrophoretic preconcentration is used, by using the chromatographic-based one, the sample preconcentration usually involves a sample clean-up. So, it allows the analysis of real samples like river water, hospital sewage water or even biological matrices like cow plasma. Detection limits considerably decreased so, a great improvement in sensitivity has been achieved. Finally, in order to increase even further the sensitivity in CE, the combination of electrophoretic and chromatographic techniques has been studied.